水稻气象shuidao qixiangmeteorology of rice

水稻生长发育、产量形成与气象条件之间的相互关系。
中国在2000年以前就已重视稻作的节令与灌溉问题。如春秋《诗经·豳风·七月》有 “十月获稻”； 《诗经·白华》有“滮池北流， 浸彼稻田”的记述。战国《吕氏春秋·审时篇》指出季节的重要，所谓“得时之稼兴，失时之稼约”。并提到“先时”、“后时”对水稻产量、品质的影响。西汉《氾胜之书》提出用控制水流来调节稻田水温的办法， 至魏晋南北朝，南方开始种植两熟稻。北魏《齐民要术》记述了水稻的种植、灌溉方法和旱稻的栽培技术。隋唐以后南方稻麦两熟盛行， 有关稻作生产与气象条件的记述更加系统。南宋《陈旉农书》有针对不同天气(暴风、大雨、阴、晴)及不同气候(寒、暖、旱、涝)决定播期及秧田管理的论述。宋代《种艺必用》提出了不同品种的需水量与需水关键期。元《田家五行》讲了热、水、风与水稻病虫害及产量的关系；雨水与水稻开花习性的关系；气象条件与水稻穗型、结实率、米质的关系。现代中国水稻气象研究始于1945年， 当时涂长望、方正三对中国水稻与气候的关系进行了研究。50～60年代， 江苏、广东、浙江、四川等省着重对水稻光温反应， 早稻育秧与防止烂秧的气象条件， 水稻低温不实， 双季稻气候条件， 丰产栽培与气象条件， 群体光分布与光合生产方面进行了研究。1959年出版了《水稻与气象》一书， 1960年丁颖主编的《中国水稻栽培学》中，详细分析了水稻与气象的关系，并在他主持下进行了全国范围水稻光温试验研究， 东北地区也开展了水稻低温冷害的研究。70年代开展了杂交稻(生长发育、制种、引种)与气象条件的关系、长江流域双季三熟水稻与气象条件、水稻的光合生产潜力及产量气象模式的研究。
日本自30年代开始， 进行以低温冷害为主的水稻气象研究， 50年代在水稻气候及稻田小气候方面， 60年代在群体光分布和光合成方面， 70年代在有关人工环境栽培、灾害生理指标与机制方面进行了研究。菲律宾国际水稻研究所(I R R I), 自70年代起对东南亚的水稻栽培与气候适应性、稻田小气候、稻田生长环境控制、气候对病虫害发生影响及气候与水稻产量等进行了较为系统的研究，并于1976年出版了《气候与水稻》一书。
分布与气候 凡日平均气温大于10℃的天数在110天以上，大于18℃天数在50天以上的地区，除海拔2600米以上的青藏高原及东北、西北高山地区外，南起海南岛的崖县，北至黑龙江的黑河都可种植水稻。从温度条件看，由南向北年平均气温降低，积温减少，稻作安全生长季节随之缩短。双季稻三熟制在大于10℃积温4800～5000℃(北纬30～32度以南地区)可以较大面积种植，南方以籼稻为主。黄河以北为粳稻区，云贵高原水稻气候呈明显立体分布。在海拔1400～2000米之间为籼粳交错带。2000米以上多粳稻，1400米以下多籼稻。从水源来看，秦岭淮河一线以南年降水量大于1000毫米，水稻可大面积种植，北方只能在有灌溉条件的地区种植水稻（见水稻气候区划）。
生长发育与气象
温度 水稻为喜温作物。生物学零度粳稻为10℃、籼稻12℃，早稻三叶期以前， 日平均气温低于12℃三天以上易感染绵腐病，出现烂秧、死苗，后季稻秧苗温度高于40℃易受灼伤。日平均气温15～17℃以下时，分蘖停止，造成僵苗不发。花粉母细胞减数分裂期（幼小孢子阶段及减数分裂细线期），最低温度低于15～17℃，会造成颖花退化，不实粒增加和抽穗延迟。抽穗开花期适宜温度为25～32℃ (杂交稻25～30℃)，当遇连续3天平均气温低于20℃（粳稻）或2～3天低于22℃（籼稻），易形成空壳和瘪谷，但气温在35～37℃以上(杂交稻32℃以上)造成结实率下降。灌浆结实期要求日平均气温在23～28℃之间，温度低时物质运转减慢，温度高时呼吸消耗增加。温度在13～15℃以下灌浆相当缓慢。粳稻比籼稻对低温更有适应性，见表1。

表1 水稻对温度条件的要求

由于高温条件下水稻光呼吸作用增强。其光合作用适宜温度范围较大，籼稻为25～35℃、粳稻为18～33℃，当籼稻低于20℃或高于40℃和粳稻低于15℃或高于38℃时，光合作用急剧减弱。稻根呼吸作用随温度升高至32℃时迅速加快，然后缓慢增加，至38℃时达最大值，接着减慢，而稻叶呼吸在20～44℃之间随温度升高呈直线增强。低温（尤其霜冻）情况下，光合效率受抑制，稻根吸水减少，导致气孔关闭和叶片枯萎。根呼吸对高温危害的反应比叶片更敏感。水稻生长发育与温度的关系可用非线性模式表示：

式中 1/N为发育速度；T为生育期间平均温度；B为生物学下限温度；M为上限温度；K、P、Q为系数。在生育期平均气温26～29℃，平均最高温度大于31～32℃地区或季节，适用上述模式；在不出现高温的地区上式可变成线性模式(即P=0, Q=-1)，此即常用的发育速度的线性公式。
水分 水稻全生长季需水量一般在700～1200毫米之间，大田蒸腾系数在250～600之间，水稻蒸腾总量随光、温、水分、风、施肥状况、品种光合效率、生育期长短及熟期而变化。单季中、晚稻在孕穗期、双季早稻在开花期、双季晚稻在拔节、孕穗期蒸腾量最高。当土壤湿度低于田间持水量57%时，水稻光合作用效率开始下降；当空气相对湿度为50～60%时，稻叶光合作用最强。随着湿度增加，光合作用逐渐减弱。水稻需要水层灌溉，以提高根系活力和蒸腾强度，促使叶片蔗糖、淀粉的积累和物质的运转。淹灌深度以5～10厘米为宜，但为了除去土壤有毒的还原物质，提高土壤的通透性和根系活力，还应进行不同程度的露田和晒田。水稻幼苗期应采取浅水勤灌，有利扎根；分蘖期为促进分棵，以水调温，水层保持在2～3厘米左右，分蘖后期排水促进根系发育；拔节孕穗期是水稻需水最多时期，宜灌深水(6～10厘米)；抽穗开花期根据天气与土壤条件，可以轻脱水或保持一定水层，空气相对湿度70～80%有利受精；灌浆期田面要有浅水，乳熟后期干干湿湿，有利提高根系活力及物质调配和运转。水稻在返青期、减数分裂期、开花与灌浆前期受旱减产最严重，返青期缺水，影响秧苗活棵和分蘖；减数分裂期缺水，颖花大量退化， 出穗延迟、结实率下降；抽穗期受旱，影响出穗，减产严重。灌溉期受旱，粒重下降而影响产量。水稻在返青期、减数分裂期、开花期对淹水最敏感，长期淹水会导致死苗、幼穗腐烂和结实率降低。
光照 水稻是喜阳作物，它对光照条件要求较高，水稻单叶饱和光强一般在3～5万勒克斯左右，而群体的光饱和点随叶面积指数增大而变高，一般最高分蘖期为6方勒克斯左右，孕穗期可达8万勒克斯以上，但其光合作用随照度的增加不如℃₄作物玉米明显。据国际水稻研究所(IRRI) 1976年对50个水稻品种在6万勒克斯光强下测定，其光合率为34.5～62.1毫克·分米^-2·时^-1(平均约44.6毫克·分米^-2·时-1)，同化量因品种、叶龄、含氮量、叶片厚度而异。在光饱和状态下， 水稻上部第一、二叶光合率和光饱和点明显高于第三、四叶（见图）。水稻穗的光饱和点为1～3万勒克斯， 同化量最大值为2毫克·分米^-2·时^-1。叶鞘的光饱和点为2～4万勒克斯，同化量最大值为3毫克·分米^-2·时^-1。

光照度/klx

水稻孕穗期、乳熟期各叶位光照度与光合作用的关系门司正三—佑伯敏郎关于光与作物群体关系的公式I/I0=e- 同样适用于水稻。水稻群体总净光合强度(p)的计算方程为：

式中 I为水稻群体中某部位光照度； I₀为自然光照度； K为消光系数 (约在0.4～0.6之间， 因水稻株型及太阳高度角而异); F为某部位以上累积叶面积指数； e为2.71828; 及 为与单叶光合强度有关的系数；r为单位叶面积的呼吸量。
据观察， 水稻抽穗时， 若叶面积指数为7.1，平展叶在冠层顶下30厘米处即有90%日光被叶片截获， 而直立叶只有50%。因此从理论上说， 直立叶水稻群体净光合作用要比水平叶群体大。但当叶面积指数相当小时，水平叶水稻群体显示较高的光合作用。此外，当阳光直射时， 水稻群体叶片只有一面受光较强； 阳光散射时， 群体下层叶片受光比直射时多。当群体叶面积指数大于3时， 反射辐射约为太阳辐射的20%, 群体吸收太阳辐射在孕穗期最高， 齐穗后逐渐下降。大部分能量被传导和蒸腾作用所消耗。水稻净光合强度最多不超过吸收总能量的5%～6%，其中孕穗期净能量转换率约为5%, 抽穗期最高为7%, 然后迅速下降。水稻是短日照作物， 不同类型品种对光照长度的反应不同， 在广州用41个品种经人工控制光长， 其反应见表2。可见， 早稻和中稻无一定出穗临界光长， 在短日或长日条件下都可正常出穗， 属短日照不敏感类型；晚稻品种大都是短日促进出穗， 长日延迟出穗， 有严格的出穗临界光长， 属短日照敏感型。

表2 水稻对光照长度反应

品 种 类 型	对 光 照 长 度 反 应
早、 中籼稻	24h连续光照正常出穗， 无临界光长
早、 中粳稻	F	13h10min, 12h50min	D	15h, 14h30min～24min
早熟晚稻（籼粳）	F	12h50min～13h10min	D	13h50min～24h
中熟晚稻（籼粳）	F	12h30min～12h50min	D	13h10min～14h10min
迟熟晚稻（籼粳）	F	12h30min～12h50min	D	12h50min～13h10min

注： F为促进出穗临界光长； D为延迟出穗临界光长。
二氧化碳和氧 水稻叶面的光合作用速度随CO₂浓度上升而增加， 当CO₂浓度为1000μl/L时， 水稻幼苗生长速度相当于CO₂浓度为300μl/L时的2.5倍以上。大田水稻作物上一日内CO₂浓度变化可达60μl/L，中午稻田不同层次的CO₂值最大差异也可达40μl/L。稻田CO₂通量值可以下式表示：P=D₁-₂(C₁-C₂),P为CO₂通量， C₁和C2分别为Z₁和Z2两高度上空的CO₂浓度， D ₁-₂是Z₁和Z2之间交换速度 （与风速有关）。当稻田风速大于0.3～0.9米/秒时， 对进一步增强光合作用所需CO2的输送已足够。水稻对CO2的吸收受O2含量影响颇大。当O2浓度低至3%时，水稻光合作用和物质生产会明显加强； 但却会直接损害水稻受精过程而产生严重不育现象。
光温反应 水稻品种的生育期变化受感光性、感温性和基本营养生长期三个因素综合作用所决定。基本营养生长期反映水稻品种在高温短日条件下的生育期长短； 感光性反映水稻品种的生育期对不同日长的反应特性， 感光性强的品种在短日下生育期明显缩短； 感温性是水稻品种生育期对温度的反应特性。感温性强的品种， 当温度高时， 生育期缩短明显。感温性、感光性及基本营养生长期等特性如表3所示。

表3 水稻的光温反应

项 目	感 光 性	感 温性	基本营养生长期
早籼早粳 中籼中粳 晚籼晚粳	弱 弱-中 强	中-强 中-强 中-强	短-中 短-长 较短

生产与气象(见彩图112～115)
引种 研究中国水稻品种出穗期日数变化与纬度、海拔、经度的关系表明：由南向北，纬度每增加1度，年平均温度降低0.8℃，水稻生长季平均温度降低0.3℃，夏至日长平均增加（不等差逆增）5.4分钟，水稻品种出穗日数延迟2～2.5天； 由西至东，经度每东移5度，水稻生长季平均温度和日长变化极小， 出穗日数相差不多。因此南稻北引，平原移向高原，生育期延长， 出穗迟缓，宜引较早熟品种；北稻南移，高原移向平原，生育期缩短，宜引较迟熟品种； 东西相互引种，生育期变化小，易成功。此外，在低纬度地区(26°N以南)籼粳早、中晚稻可在本地互相引种； 中纬度南部地区(26～32°N), 可引种早、中稻和早熟晚籼、粳稻，中纬度北部地区(32～40°N)可引种早粳和中粳稻； 高纬度地区(40～53° N)只能引种早粳稻。
适宜播栽期 早粳在气温稳定在10℃以上(塑料薄膜育秧在8℃左右)播种，15℃以上栽秧；早籼在12℃以上播种，17℃以上栽种。为保证水稻齐穗扬花期基本不遇低温危害，粳稻安全齐穗期要求日平均气温稳定在20℃以上，无连续3天以上低于20℃的低温，籼稻（包括杂交稻）要求22～23℃以上，无连续2～3天低于22～23℃的低温。北方早粳与南方早籼还要避过孕穗期低温冷害(最低气温粳稻不低于15℃，籼稻不低于17℃)。要使水稻抽穗灌浆期处于光、温、水分比较适宜，又尽量避开病虫害大发生时期，以获得较高的光合产量及子粒产量（见作物播栽期预报）。
合理的群体结构 水稻抽穗灌浆的叶面积指数与产量关系很大，其最适叶面积指数可按下式得出：

式中 Fop_t为最适叶面积指数，I₀为当地水稻抽穗灌浆期太阳辐射量。I为水稻补偿光强(约1000～2000勒克斯),K为水稻后期消光系数(约0.4～0.6)。最适叶面积主要决定于太阳辐射量，中国水稻齐穗期适宜叶面积指数在6.0～8.0。水稻前、中期适宜群体，要根据温度与季节条件来掌握。早、中稻季节短，要求叶面积上升快，晚稻则要求叶面积上升较慢，但一般均要求在中期(拔节后10～15天)封行，有利壮秆并结出大穗。
杂交稻制种与气象 ❶定父母本播期差的有效积温差(X):X=A-(B+B′),A、B分别为父母本播种至始穗的有效积温值(见表4),B′为保证父母本盛花期相遇母本比父本提早2～3天抽穗所需的有效积温。父母本花期特点差异很大。父本花期较集中(5～7天)；母本花期较分散(15天左右)，故父本应分两期播种，并要求母本始穗比第一期父本始穗期早2～3天。
❷根据开花天气条件确定花时相遇时间。正常天气下，杂交稻父本(以I R24为例)上午9～11时始花、下午1时左右闭颖，峰期在10～11时；母本(以珍汕97为例)上午7～10时始花，下午2～3时闭颖，无明显峰期。阴雨全天无花；阴天始花推迟且集中；晴雨相间，雨隙花时集中。秋季制种穗部气温在27℃(春繁在30℃)以下，较高的相对湿度有利开花。

表4 部分不育系和恢复系的有效积温值

系别	品种名称	有效积温/℃	备 注
不 育 系	二九南1号A 二九矮4号A 珍汕97A	800 1000 1050	下限为12℃, 上限 为26℃
恢 复 系	泰引1号A I R24 I R661 I R665	1500 1430 1450 1400	下限为13℃, 上限 为26℃

水稻的气象灾害 中国水稻主要气象灾害为：早春低温阴雨造成早稻烂秧（见倒春寒）；高温造成早稻不实和枯熟（见热害和干热风）；夏末低温冷害造成水稻不育、结实率及千粒重降低；台风常给水稻带来风害、涝害（见洪涝灾害）或寒害。从世界范围看，低温冷害是水稻的主要气象灾害。